CN202509100U - 一种熔融还原连续炼铁装置 - Google Patents

Abstract

一种熔融还原连续炼铁装置。采用连续加料，抽风预热，鼓风顺流焙烧，对炉料（3）进行预还原，将预还原后的炉料（3）直接送入熔分炉（B），连续熔分，连续出铁的熔融还原连续炼铁装置，预热区（4）、焙烧区（5）和其后的熔分区为连通炉膛，并设置了助燃烧嘴（8）、二次风口（7），优先利用熔分区产生的高温煤气在预还原炉（A）内进行二次燃烧预热、焙烧炉料（3），然后炉料（3）排入熔分区进一步还原—渗碳—熔化，渣铁分离；在预热区（4）烟气穿过料层，直接加热炉料（3），再进入换热装置（9）及烟气处理系统，风机（11）将冷风经换热装置（9）升温后从床下鼓入炉床（2）。流程短，降低能耗，低碳排放，生产成本低，设备简单，占地少，投资少，建设周期短。

Description

一种熔融还原连续炼铁装置

一、技术领域： 

本实用新型属于冶金非高炉炼铁领域，涉及含碳铁氧化物球团（块）熔融还原连续炼铁的装置。

二、背景技术： 

目前高炉仍然是冶金行业炼铁的主力军。但由于高炉流程长、基建费用高、设备复杂、能耗高、环境条件差，焦炭资源不可再生，在市场能源紧张、竞争日益激烈的情况下，人们的目光不得不转向开发新的非高炉炼铁工艺和炼铁设备。

无焦低污染是非高炉炼铁新工艺的目标。世界上新的熔融还原炼铁工艺基本上分为两种类型：一种是直接使用粉矿和非焦煤冶炼的称为“一步法”熔融还原炼铁方法，如俄罗斯的Romelt、澳大利亚Ausmelt公司开发的AusIron法，预还原率为0。另一种方法是带有预还原工序的称为“二步法”熔融还原炼铁方法，代表方法如COREX法，预还原金属化率达80%～90%。 

“一步法”熔融还原的难点是液态铁氧化物与碳反应是一个强烈的吸热反应，要保持铁氧化物的液态状态，需要非常高的温度。一般由熔融还原所生成金属的熔化温度要比液态铁氧化物高出约200℃～400℃。这种工艺在设计上优先熔化氧化铁，而不是还原氧化铁。正是由于这个原因和熔融还原的强烈吸热反应特征，生成的金属和炉渣容易凝固，这给生产带来了麻烦。“一步法”熔融还原还存在耐火材料消耗高和生产周期短的敝端，产生的大量高温煤气再利用成为这种工艺发展的“瓶颈”。 

“二步法”熔融还原是将铁氧化物先进行预还原，然后将预还原物再送入熔分炉进行渣铁分离，因此它是以间接还原为主的还原反应。“二步法”熔融还原或将预还原后的炉料降温后再送至熔分炉；或将熔分炉产生的煤气简单地通过炉料进行预还原，过程均产生大量的热能损失。因此“二步法”熔融还原虽然难度较小，但碳消耗量较高。典型的“二步法”熔融还原工艺如COREX法的预还原率达到90%，与高炉比，它更多地依靠间接还原。COREX法虽已大规模投入工业生产，但仍需要块矿和少部分焦炭（约20%左右），煤耗和氧耗均较高，分别达到1.1t和500m³。包括制氧设备在内的一次性投资巨大，生产成本高于高炉。COREX演化了高炉炼铁技术，取得了商业成功，但同时也继承了高炉炼铁的一些缺点，是成功技术，但并非最好技术。 

中国专利ZL 2004 1 0023995.X《含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法 》是一项将“一步法”、 “二步法”结合并改进的熔融还原炼铁方法，具有热效率高、节约能源、无污染，成本低，有较好的产品质量，生产工艺简便，易控制，设备简单、投资少，生产效率高等特点。但在能源利用上尚有不足之处。 

三、发明内容： 

针对以上存在的问题，经过长期研究，本实用新型在专利ZL 2004 1 0023995.X《含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法 》基础上进行了改进，提供了一种新的熔融还原连续炼铁方法，它既具有“一步法”熔融还原碳的直接还原反应速度快的特点，又具有“二步法”预还原金属化率高的特点，本实用新型采用连续加料，抽风预热，鼓风顺流焙烧，对炉料进行预还原，将预还原后的高温、高金属化率的炉料直接送入熔分炉，连续熔分，连续出铁。本实用新型将炉床上的预热区、焙烧区和连接其后的熔分区设计为连通炉膛，在预还原炉与熔分炉的结合部安装了助燃烧嘴，在预还原炉安装有二次风口，其特征在于：预热区炉床上装有炉篦，预热区炉床的下部装有与烟气处理系统的连通的抽风装置，焙烧区炉床上也装有炉篦，熔分区设置有熔剂仓、燃料仓和熔分炉上的加料装置。

先将含碳铁氧化物在预还原炉内进行预还原，并优先利用熔分区产生的含有大量CO的高温煤气在预还原炉内进行二次燃烧预热、焙烧炉料，接着将预热、焙烧后的高温、高金属化率的炉料排入熔分区，在熔分区进一步还原—渗碳—熔化，还原成铁，并使渣铁分离；在预还原炉，经过焙烧区的烟气进入预热区，在预热区  烟气穿过料层，将所携带的热量直接传给炉料，再进入换热装置及烟气处理系统进行余热回收和烟气除尘处理。 

本实用新型预还原区的末端与熔分区内的上层炉料状态相近，两步之间没有明显的分界点。连通炉膛的设计解决了预还原与终还原生产能力的匹配，不存在COREX工艺熔分能力大于预还原能力的问题，有利于能源综合利用，有利于生产组织，可降低消耗，节约生产成本。 

本实用新型所述的一种熔融还原连续炼铁方法，其特征在于先将含碳铁氧化物在预还原炉内进行预还原，并优先利用熔分区产生的含有大量CO的高温煤气在预还原炉内进行二次燃烧，释放物理热和化学能，来预热、焙烧炉料，节约能源。接着将预热、焙烧后的高温、高金属化率的炉料排入熔分区，在熔分区进一步还原—渗碳—熔化，还原成铁，并使渣铁分离。 

本实用新型的熔融还原连续炼铁方法的流程是：碳质还原剂（煤、焦炭和石油焦等）与含铁氧化物（铁矿石、高炉灰、硫酸渣、炼钢灰、电炉灰和轧屑等）按一定比例混合后，制成含碳铁氧化物的球团或其它形状，经过干燥后送至炉床上。设备启动时，类似高炉、冲天炉一样，熔分炉先点火，高温烟气进入预还原炉，炉料在炉床预热区预热，然后进入焙烧区焙烧还原。焙烧区的下部送入富氧热风，使炉床上的高温层向下延伸。炉料的上方有来自熔分区的高温煤气在预还原炉内进行二次燃烧，为炉料预还原提供一部分热能。焙烧区的温度一般控制在1200℃～1300℃，而在接近熔分区的部位，温度应达到1350℃左右，使炉料快速达到所期望的预还原金属化率80%以上。 

高温、高金属化率炉料直接进入熔分区，在熔分区进行渣铁分离。纯铁的熔点是1539℃，通过熔解碳来降低熔点是必要的，因此炉料熔化的起点基本上是由固态还原铁粒子中的残留碳决定的。在熔化起点，由于被这样的残碳和CO气体的渗碳，这种还原铁粒子的熔点降低，因而还原铁迅速熔化。为了保证这种快速熔化，还需要在熔分炉中保留足够的碳，利于渗碳，降低其熔点。在熔分炉中添加的碳一方面为进一步终还原提供还原剂，同时也为终还原和渣铁分离提供热能。在熔分区进一步还原——渗碳——熔化，完成渣铁分离。 

熔分区的燃料可以是块煤、煤粉、焦粉，也可以是轻柴油或天然气。 

因为本实用新型将熔分炉和预还原炉设计为一连通炉膛，熔分炉产生的含有大量CO、H₂等气体的高温煤气可直接进入预还原炉。在预还原炉与熔分炉的结合部安装了助燃烧嘴，在预还原炉的适当部位安装有二次风口，使煤气进行二次燃烧，为预还原炉提供热能。经过焙烧区的烟气进入预热区，烟气穿过料层，将所携带的热量直接传给炉料，再进入烟气处理系统，有利于烟气余热的回收。 

专利ZL 2004 1 0023995.X《含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法 》中经过焙烧区的烟气进入预热区后，大多烟气由设置在预热区的烟道排出。烟气对炉料的预热主要是靠热辐射，且大量的高温烟气由预热区的烟道排出。而本实用新型的预热区不再设烟气排出口，烟气在抽风机的作用下，向下穿过炉料进入烟气处理系统进行除尘和热交换，烟气直接加热炉料，烟气的余热得到了更好地利用，而预热区内的炉料预热的温度也得到了进一步的提高。 

熔分炉烟气热量的充分利用，是解决当前制约熔融还原发展的“瓶颈”的重要措施，也是本实用新型的重要特征。它大大提高了能源利用率，降低了消耗，节约了成本，有利于熔融还原技术的推广应用。 

金属铁中的硫主要来自铁矿石和煤、焦炭和石油焦等，为了得到含硫量低的金属铁，可在含碳铁氧化物原料中掺入CaO（石灰或石灰石等），二元碱度值（CaO/SiO₂比例）约为0.9～1.8，最后得到的金属铁的S含量应符合国家相应标准。 

本实用新型有如下几大特点： 

1．预还原炉A和熔分炉B设计为一连通炉膛，彻底解决了预还原与终还原生产能力的匹配。

2.  无焦化、无烧结工序因而流程短。 

3.  低污染，低碳排放，可不用焦炭而用非焦煤炼铁。 

4.  连续加料、连续熔分和连续出铁，有效降低生产成本。 

5.  顺流焙烧可降低炉料再氧化。 

6.  连通炉膛、抽风预热和鼓风焙烧可大幅度地降低能源消耗。 

7．有较好的产品质量，可以达到高炉铁水的品质。 

8．对预还原金属化率没有严格的要求，生产工艺控制比较容易，可随时开停。 

9．设备非常简单，占地面积少，一次性投资少，建设周期短。 

10．生产效率高，预还原炉有效炉床底面积生产率可达300Kg/m²·h以上，熔分炉利用系数大大高于高炉。 

四、附图说明 

  图1为本实用新型熔融还原连续炼铁装置示意图。

五、具体实施方式： 

如图所示，预还原炉A和熔分炉B设计为连通炉膛，炉床2可采用各种水平或小倾角移动床，如振动床，链条床等。加料仓1将由碳质还原剂（煤、焦炭和石油焦等）与含铁氧化物（粉铁矿、高炉灰、硫酸渣、炼钢灰、电炉灰和轧屑等）按一定比例混合后，制成含碳铁氧化物球团（块）炉料3，经过干燥后（或直接）送至炉床2上。炉床2上的料层厚度约100mm～300mm，炉料3在炉床2上向熔分炉方向移动。预热区4炉床2上装有炉篦，预热区4炉床2的下部装有与烟气处理系统9连通的抽风箱，预还原炉A内高温烟气在抽风机10的作用下穿过炉料3料层，直接加热炉料3，对炉料3进行干燥和预热，然后再经抽风箱进入换热装置9及烟气处理系统。炉料3在炉床2上渐渐前移到焙烧区5，在此被高温焙烧还原。焙烧区5一直延伸到熔分炉B，焙烧后的炉料3直接落入熔分炉B内。焙烧区5炉床2上也装有炉篦，焙烧区5的炉床2下部由风机11鼓入经换热装置9（或其它换热方法）预热过的300℃～700℃富氧热风，以实现对炉料3的顺流式焙烧。从熔分炉B过来的高温煤气，经助燃烧嘴8重新点火，同时通过二次燃烧风机6、二次风口7鼓入助燃空气，使煤气充分燃烧，在预还原炉A内释放烟气所携带的物理热和化学热。预还原炉A内的温度前半段，即焙烧区5一般控制在1200℃～1300℃，在接近熔分炉B的部位，温度应达到1350℃左右，使炉料金属化率80%以上。预还原炉A内后半段（即预热区4）温度一般在800℃～1000℃。

炉料3经过预还原炉A直接进入熔分炉B。为了满足进一步还原——渗碳——熔化及脱硫的需要，熔分区设有熔剂仓13、燃料仓14和熔分炉B上的加料装置15，熔剂仓13中的熔剂、燃料仓14中的燃料经加料装置15随时向熔分炉B内加入固体燃料和熔剂。 

风机12通过风口向熔分炉B内鼓入空气（富氧≥30%的热风）来加速炉料的还原——渗碳——熔化。16、17分别是出渣口和出铁口。 

Claims (1)

1.一种采用连续加料，抽风预热，鼓风顺流焙烧，对炉料（3）进行预还原，将预还原后的高温、高金属化率的炉料（3）直接送入熔分炉（B），连续熔分，连续出铁的熔融还原连续炼铁装置，炉床（2）上的预热区（4）、焙烧区（5）和连接其后的熔分区设计为连通炉膛，在预还原炉（A）与熔分炉（B）的结合部安装了助燃烧嘴（8），在预还原炉（A）安装有二次风口（7），其特征在于：预热区（4）炉床（2）上装有炉篦，预热区（4）炉床（2）的下部装有与烟气处理系统的连通的抽风装置，焙烧区（5）炉床（2）上也装有炉篦，熔分区设置有熔剂仓（13）、燃料仓（14）和熔分炉（B）上的加料装置（15）。